CN109485053A - 一种利用二氧化碳气体制备白炭黑联产纯碱及硅酸钠的方法 - Google Patents

一种利用二氧化碳气体制备白炭黑联产纯碱及硅酸钠的方法 Download PDF

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Abstract

本发明创造涉及一种利用二氧化碳气体制备白炭黑联产纯碱及硅酸钠的方法，包括如下步骤：1、用硅酸钠溶液与二氧化碳气体进行反应，得到包括二氧化硅沉淀和碳酸钠溶液的悬浮液；2、将步骤1的悬浮液过滤，得白炭黑滤饼和碳酸钠溶液，白炭黑滤饼经水洗、打浆、干燥、粉碎、包装得白炭黑成品；3、将步骤2所得碳酸钠溶液经RO反渗透膜进行处理，制得浓缩碳酸钠溶液，同时产出大量纯水；4、将上述步骤3获得的浓缩碳酸钠溶液经多效蒸发器蒸发，制得碳酸钠及蒸馏水，将蒸馏水回用于制备硅酸钠溶液；产出的纯碱用于生产硅酸钠，硅酸钠被用来生产白炭黑。通过本发明方法，可实现综合资源循环利用、生产过程零排放，达到无环境污染的目的。

Description

一种利用二氧化碳气体制备白炭黑联产纯碱及硅酸钠的方法
技术领域
本发明涉及一种橡胶工业重要的补强材料白炭黑及重要的化工原料纯碱和硅酸钠的联合制备方法。
背景技术
沉淀法白炭黑是一种应用广泛的无机材料，主要用于橡胶、硅橡胶、轮胎、鞋底材料、牙膏、造纸、塑料等领域。目前国内生产白炭黑的生产现状是生产用水量较大，能耗较高，同时产生大量的含盐废水，对环境造成了一定的污染。本发明的优点在于解决了这一根本问题，通过联合生产实现了循环利用，同时实现了污水零排放达到无环境污染的目的，是一种理想的工业生产方法。
发明内容
本发明通过如下的技术方案来实现联合生产白炭黑、纯碱和硅酸钠，能够实现反应物料的完全利用，实现污水零排放。
本发明的技术方案为：一种利用二氧化碳气体制备白炭黑联产纯碱及硅酸钠的方法，包括如下的操作步骤：
步骤1、用硅酸钠溶液与二氧化碳气体进行反应，得到二氧化硅悬浮液和碳酸钠溶液；
步骤2、将步骤1反应结束的反应液经板框过滤，制得白炭黑滤饼和浓度为2％-6％的碳酸钠溶液，所述滤饼经水洗、打浆、干燥、粉碎、包装即得白炭黑成品，水洗液保存待处理；
步骤3、将步骤2所得碳酸钠溶液和水洗液经RO反渗透膜进行处理，制得浓度为10％～20％的浓缩碳酸钠溶液，同时产出大量纯水，该纯水被用于白炭黑生产；
步骤4、将上述步骤3获得的浓缩碳酸钠溶液经过多效蒸发器进行蒸发，制得碳酸钠以及蒸馏水，将带有热量的蒸馏水直接回用于白炭黑生产，产出的纯碱用于生产硅酸钠，所述硅酸钠被用来生产白炭黑，进行循环综合利用。
进一步地，所述步骤1的二氧化硅悬浮液的制备过程如下：
a、将模数为3.2-3.5的硅酸钠进行溶解，加水稀释制得密度为1.08～1.24g/cm3的硅酸钠溶液，将该溶液经板框过滤得到澄清的硅酸钠溶液；
b、取一定量的上述澄清液加入到反应釜中，开启搅拌，升温至40～95℃，待温度达到工艺设定值并稳定后，通入二氧化碳气体进行反应，反应时间控制在90～240分钟，直至PH值达到8.0～8.5之间停止通二氧化碳气体；
c、将上述反应液保温在搅拌条件下陈化15～60分钟。
进一步地，所述步骤2得到的滤饼水洗至电导率小于1000us/cm。
进一步地，所述步骤2中采用高速打浆机进行打浆。
进一步地，所述步骤2中将打浆后的浆液先干燥后粉碎，控制产品水分为5～6.5％，粉碎粒径控制在8～15微米。
进一步地，所述步骤4产生的纯碱，与目数为40～80目的石英砂，按照1:2的重量比进行混合搅拌，混合均匀后在马蹄焰炉中，经1380～1450℃的高温进行反应，制得模数为3.2～3.5的硅酸钠，该硅酸钠用于制备步骤1中的硅酸钠溶液。
本发明的有益效果：利用二氧化碳气体制备白炭黑联产纯碱及硅酸钠，整个过程中只需要投入二氧化碳和石英砂，最终的产品为白炭黑，中间产生的纯碱被用于与石英砂反应生成硅酸钠，又被用来制备白炭黑，中间产生的水也被利用来制备白炭黑，整个生产流程可实现资源循环综合利用，生产过程零排放，达到无环境污染的目的。
附图说明
图1是本发明一种利用二氧化碳气体制备白炭黑联产纯碱及硅酸钠的方法的工艺流程示意图。
其中，图中的虚线表明是可以选择使用的步骤，也可以不使用的步骤。
具体实施方式
以下结合图1，对本发明的利用二氧化碳气体制备白炭黑联产纯碱及硅酸钠的方法做进一步地说明。
实现本发明一种利用二氧化碳气体制备白炭黑联产纯碱及硅酸钠的方法的相关步骤如下：
1、二氧化硅悬浮液的制备
a、将模数为3.2-3.5的硅酸钠进行溶解，加水稀释制得密度为1.08～1.24g/cm3的硅酸钠溶液，将该溶液经板框过滤得到澄清的硅酸钠溶液；
b、取一定量的上述澄清液加入到反应釜中(常压)，开启搅拌，升温至一定温度(温度控制范围为40～95℃)，待温度达到工艺设定值并稳定后，通入二氧化碳气体进行反应，反应时间控制在90～240分钟，直至PH值达到8.0～8.5之间停止通二氧化碳气体；
c、将上述反应液保温在搅拌条件下陈化15～60分钟。
2、分离
将上述陈化结束的反应液经板框压滤机进行固液分离，所得滤饼经水洗至电导率小于1000us/cm，停止水洗，水洗液保存待处理；经压榨制得白炭黑滤饼，其二氧化硅含量为18～24％。其中水洗液中含有碳酸钠水溶液。
3、打浆
将上述滤饼经高速打浆机打浆制得白炭黑浆液。
4、干燥及粉碎
将上述白炭黑浆液经干燥后进行粉碎，控制产品水分为5～6.5％，粉碎粒径控制在8～15微米。
5、包装入库
将上述粉碎后的产品，经袋式除尘器收集，用包装机包装入库。
6、纯碱的制备
将步骤2中所分离出来的碳酸钠溶液及水洗过程中产生的含有碳酸钠水溶液的水洗液一起经过RO反渗透膜处理得到浓度为10％～20％的碳酸钠溶液，同时产出大量纯水，该纯水用于白炭黑生产(包括水洗和配制碳酸钠溶液)，将分离制得浓度为10％～20％的碳酸钠溶液经过多效蒸发器进行蒸发，制得碳酸钠即为纯碱以及蒸馏水，将带有热量的蒸馏水可直接回用于白炭黑生产，产出的纯碱可用于生产硅酸钠使用，硅酸钠继续使用用来生产白炭黑，进行循环综合利用。
7、硅酸钠的制备
利用上述方法制得的纯碱与目数为40～80目的石英砂，按照纯碱与石英砂按照1:2的重量比进行混合搅拌，混合均匀后在马蹄焰炉中，经1380～1450℃的高温进行反应，制得模数为3.2～3.5的硅酸钠，此硅酸钠用于生产白炭黑使用。高温反应产生的二氧化碳可以收集起来，用作步骤1中的二氧化硅悬浮液的制备。
通过利用二氧化碳气体制备白炭黑联产纯碱及硅酸钠的方法，可实现综合资源循环利用、生产过程零排放，达到无环境污染的目的。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种利用二氧化碳气体制备白炭黑联产纯碱及硅酸钠的方法，其特征在于：包括如下的操作步骤：
步骤1、用硅酸钠溶液与二氧化碳气体进行反应，得到包括二氧化硅沉淀和碳酸钠溶液的悬浮液；
步骤2、将步骤1反应结束的悬浮液经板框过滤，得到白炭黑滤饼和浓度为2％-6％的碳酸钠溶液，所述白炭黑滤饼经水洗、打浆、干燥、粉碎、包装即得白炭黑成品，水洗液保存待处理；
步骤3、将步骤2所得碳酸钠溶液和水洗液经RO反渗透膜进行处理，制得浓度为10％～20％的浓缩碳酸钠溶液，同时产出大量纯水，该纯水被用于白炭黑生产；
步骤4、将上述步骤3获得的浓缩碳酸钠溶液经过多效蒸发器进行蒸发，制得碳酸钠以及蒸馏水，将带有热量的蒸馏水直接回用于白炭黑生产；产出的纯碱用于生产硅酸钠，硅酸钠被用来生产白炭黑，进行循环综合利用。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤1的二氧化硅沉淀和碳酸钠溶液的悬浮液的制备过程如下：
a、将模数为3.2-3.5的硅酸钠进行溶解，加水稀释制得密度为1.08～1.24g/cm3的硅酸钠溶液，将该溶液经板框过滤得到澄清的硅酸钠溶液；
b、取一定量的上述澄清液加入到反应釜中，开启搅拌，升温至40～95℃，待温度达到工艺设定值并稳定后，通入二氧化碳气体进行反应，反应时间控制在90～240分钟，直至PH值达到8.0～8.5之间停止通二氧化碳气体；
c、将上述反应液保温，在搅拌条件下陈化15～60分钟。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤2得到的滤饼水洗至电导率小于1000us/cm。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤2中采用高速打浆机进行打浆。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤2中的干燥和粉碎方法为：将打浆后的浆液先干燥后粉碎，控制产品水分为5～6.5％，粉碎粒径控制在8～15微米。
6.如权利要求1-5任一所述的方法，其特征在于：所述步骤4产生的纯碱与目数为40～80目的石英砂按照1:2的重量比进行混合搅拌，混合均匀后在马蹄焰炉中，经1380～1450℃的高温进行反应，制得模数为3.2～3.5的硅酸钠，该硅酸钠用于制备步骤1中的硅酸钠溶液。
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